金属顶刊《Acta Materialia》高温终轧显著提高Mg-Al-Zn-Ca合金板的冷成形性！

2021-09-23 15:07:55 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

导读：室温（RT）下的不良成形性一直是 Mg-Al-Ca（-Zn）合金板材更广泛应用的主要瓶颈。本文通过提高最终轧制温度可以显著提高 Mg-Al-Zn-Ca 合金板的室温拉伸成形性。Mg-6Al-1Zn-1Ca 合金板经过 510 °C 终轧后的指数 Erichsen （IE）值为 7.9 mm，明显高于经过 450 °C 终轧的相同板材（4.1 mm） . 更令人兴奋的是，510 °C 最终轧制的 Mg-6Al-1Zn-2Ca （wt%）合金板表现出 8.0 mm 的大 IE 值，这在 2 wt% 含 Ca 的镁合金中从未达到过。

在过去的二十年中，轻质镁（Mg）合金作为结构部件在汽车行业引起了极大的兴趣，特别是在需要在减轻重量和提高性能之间进行权衡的情况下。然而，与铝（Al）对应物相比，镁合金板的当前使用量非常小，因为其冷成型性有限、易腐蚀且易燃性差。第一个问题可以归因于在热机械加工过程中形成的强基底纹理和在接近室温（RT）下的有限数量的主动变形模式。开发新合金已被证明是削弱强基底织构的有效方法。新开发的合金，如 Mg-Zn-RE（RE：Ce、Y、Gd 和 Sc）、Mg-Zn-Ca 和 Mg-Al-Zn-Ca（-Mn）基合金与商用合金相比，织构强度要弱得多。AZ31 合金（Mg-3Al-1Zn-0.3Mn，重量百分比），因此在室温下表现出更好的成形性。其中一些像稀释的 Mg-1.5Zn-0.2Ce （wt%）和 Mg-1.5Zn-0.2Y （wt%）合金可以达到指数 Erichsen （IE）值，拉伸成形性的指标，超过 9 毫米，是甚至可与 6xxx 系列铝合金相媲美。另一方面，最近的一项研究表明，在可热处理的 Mg-1.2Al-0.8Zn-0.5Ca-0.4Mn （wt%）稀合金中可以获得弱基面织构和快速时效硬化，这刺激了具有良好成形性和高强度的稀镁板合金的发展。累积的实验结果表明，具有弱基础织构的稀合金作为镁板合金很有前景。然而不幸的是，稀合金表现出较差的耐腐蚀性和高点燃风险，因为这些合金无法在表面形成有效的保护层

国家先进产业科学技术研究所（AIST）多材料研究所提出了一种导致高温最终轧制 Mg-Al-Zn-Ca 合金板织构减弱的 SRX 机制，这与先前研究报告的机制不同。报告（i）通过 450° 和 510° 最终轧制加工的 Mg-6Al-1Zn-1Ca 和 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板的机械性能评估结果，以及（ ii）这些片材的微观结构和纹理的表征。系统的显微组织研究表明，Mg-6Al1Zn-xCa （x= 1,2）合金板材拉伸成形性能的大幅度提高主要与基体织构的减弱有关。采用电子背散射衍射（EBSD）辅助滑移痕迹分析和准原位EBSD方法，研究了高温轧制板材基面织构薄弱的机理。对Mg-6Al-1Zn-1Ca合金板材侧表面的ebsd辅助滑移痕迹分析表明，当最终轧制温度从450℃提高到510℃时，<c+a>的锥体滑移活性显著增加。在随后的退火过程中，经锥体<c+a>滑移变形的晶粒演化为取向较宽的新再结晶晶粒，这对较弱的基底织构的发展起着关键作用。相关研究成果以题“Substantial improvement in cold formability of concentrated Mg–Al–Zn–Ca alloy sheets by high temperature final rolling”发表在金属顶刊Acta Materialia上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421007084

总之，我们通过 510 °C 高温终轧显着提高了浓缩 Mg-6Al-1Zn-1Ca 和 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板的冷拉伸成形性。为了证明高温终轧的有效性，AZX611 合金板也经过 450 °C 终轧加工。从本研究中可以得出以下结论：

Mg-6Al-1Zn-1Ca 合金板经过 510 °C 终轧后在室温下显示出 7.9 mm 的大 IE 值，而经过 450 °C 终轧的相同板显示出 4.1 mm 的低 IE 值。AZX611 合金板拉伸成形性的显着增强可归因于弱化的基底织构和降低的 Al 2 Ca 第二相颗粒的面积分数。

经过 510 °C 终轧的 Mg-6Al-1Zn-2Ca 合金板在 RT 下显示出 8.0 mm 的大 IE 值，这在含 2 wt% Ca 的镁合金中从未实现过。优异的 RT 拉伸成形性主要与弱的基底织构以及可变形球形 Al 2 Ca 颗粒的形成有关。

与 450 °C 终轧相比，510 °C 终轧期间金字塔 <c+a> 滑移更活跃，这促进了具有广泛取向的 SRX 晶粒的形核，并最终导致 Mg– 弱基底织构的发展。6Al-1Zn-xCa （x=1, 2）合金板。

图1。沿 RD、45° 和 TD 以及 IE 值的拉伸曲线显示（a）510°C 和 450°C 终轧的 AZX611 板材和（b）510°C 终轧的 AZX612 合金板材的 RT 机械性能。

图2。（0002）基极图和 EBSD-IPF 图显示了最终轧制温度为（a） 510 °C 和（b） 450 °C 以及（c）轧制态 AZX611 合金板材的织构和微观结构最终轧制温度为 510 °C 的板材。IPF 地图叠加图像质量（IQ）突出显示最终轧制温度为（d） 510 °C 和（e） 450 °C 的轧制 AZX611 合金板中的双孪晶边界，以及（f）最终轧制温度为 510 °C 的轧制 AZX612 合金板的双孪晶界。

图3。（0002）基极图和 EBSD-IPF 图显示了最终轧制温度为（a） 510 °C 和（b） 450 °C 的退火 AZX611 合金板的织构和微观结构，以及（c）退火 AZX612 合金板的最终轧制温度为 510 ° C 最终轧制。（d）从退火的 AZX611 和 AZX612 合金板获得的 XRD 图案。

图4。低倍 BSE 图像显示了最终轧制温度为（a） 510 °C 和（b） 450 °C 的退火 AZX611 合金板和（c）最终轧制温度为 510 °C 的退火 AZX612 合金板中粗大第二相颗粒的分布。放大的 BSE 图像显示了（d） 510 °C 和（e） 450 °C 终轧退火的 AZX611 合金板和（f） 510 °C 终轧退火的 AZX612 合金板中细小第二相颗粒的尺寸和面积分数。

图5。（a） BF-STEM 图像和（be）来自退火 AZX612 合金板的相应 EDS 元素图。（f）原子级 HAADF-STEM 图像显示了 Al 2 Ca 颗粒沿 [111]的微观结（g）从（a）中的纳米级颗粒（由黑色箭头表示）记录的 EDS 光谱，显示存在 Al 8 Mn 5相。

图6。EBSD-IPF 图和相应的 SEM 显微照片显示了最终轧制温度为（a, c）的 AZX611 合金板材侧表面的基底 <a>、棱柱 <a> 和棱锥 <c+a> 滑移产生的痕迹510 °C 和（b, d） 450 °C。观察方向与TD平行。（e） AZX611 合金板中由基底 <a>、棱柱 <a> 和锥体 <c+a> 滑移变形的晶粒的数量分数。